Física

Logrado un singular estado cuántico


En el exótico mundo de la física cuántica, cada partícula diminuta de materia tiene algo llamado "espín", un rasgo intrínseco, como el color de los objetos, que no puede ser cambiado, y que dicta, muy específicamente, con qué otros fragmentos de materia la partícula puede compartir el espacio cuántico. Cuando los fermiones, el tipo más "antisocial" de partícula cuántica, se reúnen, se emparejan en un "baile" maravilloso que habilita cosas tales como la superconductividad.

Por primera vez, investigadores de la Universidad Rice han conseguido crear y observar un elusivo y largamente buscado estado cuántico, un superfluido de fermiones con cierta cantidad de ellos no emparejados como compañeros de baile.

Los experimentos ofrecen a los físicos una ventana nueva hacia dos de los más intrigantes y menos comprendidos fenómenos de la física: la superconductividad y la superfluidez.

Ambos fenómenos resultan de un cambio de fase de la materia. Cualquiera que haya visto la fusión del hielo ha visto cambios de fase (sólida a líquida). Cuando los electrones, átomos y otras partículas cambian de fase cuántica, se comportan de modo tan diferente como lo hacen el hielo y el agua en un vaso.

Las fases superconductoras y superfluidas de la materia ocurren en los fermiones sólo cuando las fuerzas cuánticas se vuelven dominantes. Debido a que las fuerzas termodinámicas suelen ser tan poderosas que obliteran las interacciones cuánticas, como la música fuerte oblitera el cuchicheo de alguien cercano, la superconductividad y la superfluidez sólo ocurren en condiciones de frío extremo.

En el nuevo experimento, cuando las temperaturas caen a unas milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto, los fermiones con espines iguales pero opuestos en dirección se atraen el uno al otro y se comportan, en algunos aspectos, como una sola partícula. Como una pareja en un salón de baile, no comparten técnicamente el espacio, pero se mueven al unísono. En los superconductores, estas parejas danzantes dejan fluir a la corriente eléctrica por el material sin ninguna resistencia, una propiedad capaz de eliminar pérdidas en las líneas de transmisión eléctrica.

Las fases superconductoras y superfluidas son análogas, sólo que la superconductividad pasa con partículas que portan carga eléctrica y la superfluidez ocurre en partículas eléctricamente neutras. En los superfluidos, el emparejamiento fermiónico lleva a una ausencia completa de viscosidad, como una ola ondeando de un lado a otro en una piscina de natación sin disminuir su amplitud.

La teoría convencional nos dice que la superconductividad o la superfluidez ocurren sólo en presencia de un número igual de partículas con espines opuestos.

Estados física cuántica
Proyección tridimensional de una imagen de una nube atómica separada por fase. (Foto: Rice University )
En los experimentos, los investigadores enfriaron una mezcla de átomos fermiónicos de litio-6 a unas 30 milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto. Esto es mucho más frío que cualquier temperatura en la naturaleza, incluido el espacio interestelar, y es suficiente para obliterar casi toda interacción termodinámica en los átomos, dejándoles sujetos al emparejamiento cuántico superfluido.

Usando ondas de radio, los investigadores alteraron la proporción de átomos con espines opuestos, con gran precisión. Constataron que el superfluido podía tolerar un exceso de hasta el 10 por ciento de fermiones no emparejados, sin efectos perjudiciales.

Comprobaron que aumentar la proporción de átomos de un tipo de espín con respecto al otro acababa causando un cambio de fase. Cuando los átomos con un tipo de espín no emparejados totalizaron más del 10 por ciento del total de la muestra, éstos fueron expelidos de repente, dejando un núcleo de pares superfluidos rodeados por una corteza formada por el exceso de átomos con espín predominante en número.



Todavía no hay comentarios

Deje un comentario



?
? ?


Más artículos
Estudio antimateria
Investigaciones sobre relámpagos
Paleontología y huracanes
Luminiscencia de nanotubos
Moléculas agua proteínas anidadas
Medición distancias exactitud picométrica
Interruptor molecular
Contaminación por mercurio
Teoría relatividad Einstein
Burbujas blindadas no esféricas
Estados física cuántica
Aurora boreal en Rayos X Chandra
Fisica movimiento flujo
Captura átomos trampas láser
Luz coherente láser
Nueva teoría gravitacional
Detector neutrinos
Conductividad nanométrica silicio
Teleclonación cuántica
Propiedades físicas carbono